最优输入整形抑制柔性机械臂的残留振动

研究机器人柔性机械臂末端残留振动的抑制,给出两自由度柔性臂的动力学方程设计了最优输入整形器,并将其应用到柔性臂的运动,抑制柔性臂末端残留振动,通过实验对比与分析,结果表明最优输入整形能够有效地抑制机械臂末端的残留振动,且引入系统的时滞时间更短.     

预压叠层柔性机械臂振动抑制试验研究

为抑制柔性机械臂的低频振动，研究预压叠层柔性机械臂的抑振效果和动态特性，文章介绍了预压叠层组合机械臂不同的叠层夹紧力和叠层厚度的抑振对比试验，对振动的响应采用了动力学数值仿真并用实验对仿真结果进行了验证。试验及分析结果表明：有限元分析方法能比较、准确地反映组合柔性臂的动力学性质；叠层机械臂的层间滞迟阻尼能有效的抑制机械臂的低频振动；增大层间夹紧力可提高柔性机械臂对振动能量的耗散，但过大的夹紧力对小振幅振动的抑制作用减弱；减少组合层之间的刚度差可以提高柔性臂的抑振能力。     

基于多种群遗传算法的柔性臂振动控制参数优化设计

以单杆移动柔性操作臂为研究对象,针对柔性臂在运动过程中容易产生残余振动,影响操作臂末端定位精度的问题,提出了基于多种群遗传算法的PID参数优化控制方案。根据假设模态法与Hamilon原理建立单杆柔性臂的动力学模型,以柔性臂末端期望轨迹与实际反馈误差的积分为性能指标,采用多种群遗传算法,对PID控制参数进行自动寻优。为了验证优化参数的有效性,在ADAMS中建立单杆柔性臂模型,并导入到Simulink中进行联合仿真。结果表明:所设计的方法的参数自动寻优效果好,有效提高了标准遗传算法的稳定性和快速性,并且能够很好地抑制柔性臂的残余振动,达到精确定位的目的。     

基于PPF-DVFB算法的压电柔性机械臂振动主动控制研究

柔性机械臂的振动已经严重影响其定位精度和工作效率,为此,以单关节柔性机械臂为研究对象,基于LabVIEW平台和压电技术运用PPF-DVFB的算法来进行柔性机械臂的振动控制。首先介绍了PPF-DVFB算法原理,然后详细地论述了实验过程。实验结果表明,PPF-DVFB算法能有效的控制柔性机械臂的前两阶模态振动,控制效果接近14dB,相对于PPF方法,改善近4.5dB。     

3种材料在柔性机械臂振动抑制中的特性对比

在所设计的柔性机械臂的基础上,利用SolidWorks Simulation对合金钢、铝合金、碳纤维增强环氧树脂基复合材料3种结构材料的机械臂进行线性动态分析,分别从谐波分析和瞬态振动分析两个方面对机械臂进行仿真。结果表明,碳纤维增强环氧树脂基复合材料对机械臂具有明显的减振作用,其振动衰减速度及振动衰减效果要优于传统合金材料,为机械臂的设计及振动抑制提供了参考。     

考虑柔性关节的刚柔耦合机械臂的优化设计

为了提高刚柔耦合机械臂的运动精度,抑制由柔性关节引起的振动。根据"线性扭簧模型"和有限元法,推导出机械臂柔性关节和杆件的动力学模型,找寻刚柔耦合机械臂关节阻尼参数与末端振动位移的关系。确定关节阻尼取值范围并将其作为设计变量,设计目标为机械臂的末端振幅,进行优化。使用ADAMS对已建立关节阻尼优化设计模型的刚柔耦合机械臂进行优化设计,得到最小振幅时最优阻尼。对比并分析机械臂高速和低速两种工况下的结果,并对机械臂进行附加强迫振动分析。验证了柔性关节对高速和低速机械臂末端运动精度均有不可忽略的影响,为带有柔性关节机械臂抑制振动,提高精度提供理论依据。     

刚柔耦合关节SCARA机器人的双柔性动力学模型北大核心

针对电子装配机器人高速高精要求,提出一种能够利用柔性铰链变形补偿轴承摩擦死区,实现高精度定位运动的刚柔耦合关节SCARA机器人的概念设计,并建立考虑柔性铰链变形与机械臂一阶弹性变形的双柔性动力学模型。首先,设计一种刚柔耦合轴承的结构,通过轴承中柔性铰链的变形量主动补偿摩擦死区引起的定位误差;在每个关节处引入两个扭转弹簧,分别模拟柔性铰链和机械臂的弹性变形;其次,建立关节的摩擦模型以模拟关节摩擦环境;然后,使用拉格朗日动力学方法建立包含摩擦信息与振动信息的动力学模型。设计开环和闭环的数值仿真进行验证,结果表明该模型理论分析的有效性。     

基于线结构光视觉的负载柔性臂振动位移测量北大核心

针对柔性臂末端存在负载情况下的振动测量研究,设计一种基于线结构光视觉的柔性臂振动位移测量系统。首先,选取负载柔性臂作为测量对象,搭建线结构光视觉测振平台,通过CCD相机采集机械臂末端由激光发射器发射的光条图像;其次,经过提取光条中心特征点,得到准确的光条特征点信息;最后,进行了振动位移测量实验。实验结果表明:基于线结构光视觉的负载柔性臂振动位移测量方法能够在非接触情况下进行实时、准确的振动位移测量,与压电测量法对比分析,实验结果平均差异率仅为1.2%,从而验证了线结构光测振系统方法的可行性和有效性。     

双连杆柔性关节机械臂分数阶线性自抗扰控制

针对双连杆柔性关节机械臂的柔性振动和受外部干扰的问题，提出了一种复合控制器的控制策略。通过拉格朗日方程建立了考虑关节柔性的刚柔耦合的机械臂动力学模型，使用奇异摄动法对机械臂系统解耦，使其分解成代表刚性部分的慢速子系统和代表柔性部分的快速子系统；对于慢速子系统，设计了带有前馈补偿的分数阶线性自抗扰控制器来抵抗内外扰动，实现了机械臂的高精度的轨迹跟踪，对于快速子系统，采用微分补偿项补偿，来抑制关节的柔性振动，从而达到系统稳定。实验和仿真结果表明，系统可以有效地实现双连杆柔性关节机械臂的轨迹跟踪，并且相对于整数阶线性自抗扰控制器有着更好的动态性能和鲁棒性。     

基于刚柔耦合的混凝土泵车臂架浇筑特性分析

混凝土泵车臂架属于大型柔性机械臂。由于受到激振力和混凝土载荷的影响,泵车臂架在工作中产生振动,影响浇筑质量和臂架强度。针对泵车水平定点浇筑的工况,计算了泵车臂架所受载荷,基于ANSYS和ADAMS软件建立了混凝土泵车臂架的刚柔耦合模型,对臂架水平状态下高压和低压工况进行了仿真,并计算了臂架强度,验证了该臂架满足设计要求。仿真结果表明: 该方法适用于大型柔性机械臂的仿真,可以为该类结构的设计与校核提供理论指导。     

基于新型趋近律的柔性机械臂滑模-最优组合控制

为提高柔性机械臂的控制精度,提出一种基于滑模控制与最优控制相结合的组合控制方式。通过Lagrange法和假设模态法构建其动力学模型,进而运用奇异摄动理论对柔性臂进行解耦,获得慢变和快变子系统。对于慢变子系统,采用滑模控制实现轨迹跟踪,提出一种新型趋近律,该趋近律在幂次趋近律基础上加入变速趋近项,引入系统状态变量,动态调整趋近速率,同时增加指数项提高趋近速度,使用双曲正切函数替代符号函数以抑制抖振;对于快变子系统,采用最优控制进行振动抑制。MATLAB仿真结果表明,该组合控制方法相比于纯滑模控制,具有更好的动态性能和鲁棒性能。     

单杆柔性机械臂的轨迹跟踪与末端弹性振动复合控制

针对单杆柔性机械臂末端轨迹跟踪和弹性振动抑制的问题,提出了一种基于奇异摄动法的复合控制方法。采用假设模态法和Lagrange方程推导出柔性臂的动力学模型。基于奇异摄动法将柔性臂的刚柔耦合动力学方程分解成慢变(刚性)和快变(弹性)两个子系统。慢变子系统控制器选择滑模控制和PID控制相结合的方法以抑制控制输入引起的抖振,快变子系统则选择LQR最优控制方法以实现简单的线性状态反馈控制律。数值仿真表明:该方法不仅能实现柔性臂的轨迹跟踪,而且有效地抑制了柔性臂运动过程中的弹性振动。并且,采用滑模控制和PID控制相结合的方法设计的慢变子系统控制,能减少普通滑模控制中的输入抖振,具有更好的控制效果。     

柔性机械臂非线性干扰观测器的高阶滑模控制

针对具有外界干扰及模型系统自身参数不确定性、不完全性的机械臂控制问题,挑选拉格朗日法营造柔性机械臂动力学仿真结构后,采用欧拉-伯努利梁理论,结合假设模态法进行机械臂运动描述。在非线性干扰观测器下,选取适当非线性增益函数对未知干扰进行准确估计,实现对高阶滑模控制器的有效补偿,以此降低外部干扰及系统的建模误差提高控制驱动的准确性。通过Lyapunov方法验证闭环系统稳定性、数值仿真验证设计方法有效性,结果表明,采用非线性干扰观测器同时运用高阶滑膜控制,有效削弱系统抖振。     

基于Dueling Network与RRT的机械臂抓放控制

针对当前机械臂抓取与放置方式固定、指令单一、难以应对复杂未知情况的不足,提出一种基于深度强化学习与RRT的机械臂抓放控制方法。该方法将物件抓取与放置问题视为马尔科夫过程,通过物件视场要素描述以及改进的深度强化学习算法Dueling Network实现对未知物件的自主抓取,经过关键点选取以及RRT算法依据任务需要将物件准确放置于目标位置。实验结果表明:该方法简便有效,机械臂抓取与放置自主灵活,可进一步提升机械臂应对未知物件的自主操控能力,满足对不同物件抓取与放置任务的需求。     

振动基柔顺驱动打磨机器人的力/位混合控制研究

针对柔顺打磨机器人在移动作业过程中,在基础振动、柔性振动与环境接触力耦合作用下非线性控制问题,提出一种新型鲁棒轨迹跟踪力/位混合控制策略。使用第二类拉格朗日法建立柔顺机械臂的动力学方程,通过奇异摄动法将上述系统分为快、慢2个时间尺度的子系统。慢变子系统对系统刚性部分采用力/位混合控制方法,其中力控制采用PID控制,位置控制采用基于神经网络的鲁棒控制。快变子系统对系统柔性部分采用速度差反馈法进行控制。结果表明：利用所提出的控制策略,机械臂末端的轨迹跟踪效果较好且打磨力保持稳定,对非线性振动有较好的抑制效果。     

基于改进粒子群算法的机械臂振动抑制研究

SCARA机械臂在工作过程中和工作终止后都会出现振动问题,为了降低机械臂的残余振动,选取粒子群作为寻最优抑振轨迹的优化算法,针对粒子群算法在轨迹寻优时收敛性差以及出现停滞现象问题,提出采用非线性递减惯性权重和粒子种群跳跃的方法对粒子群算法进行改进。利用机械臂振动抑制实验平台,使用改进的粒子群算法进行抑振轨迹优化并进行实验研究,验证结果可行且有效,得到抑振指标最小的最优抑振轨迹。     

Suppression of regenerative chatter vibration in simultaneous double-sided milling of flexible plates by speed difference

This paper presents a new method to machine flexible plates with high accuracy and high productivity. Precision steel plates are finished conventionally by face milling with electro-magnetic chucks. It is difficult to correct flatness of the flexible plates, because they deform to fit the chuck surfaces when chucked. To solve this problem, the authors have tried simultaneous double-sided milling, but this causes the regenerative chatter vibration. Thus, the new method is proposed and verified to suppress this chatter vibration, in which the regenerative effects on both sides are cancelled out by rotating the two milling cutters at different speeds.     

基于阻抗控制的双臂机器人协调搬运方法研究

针对目前双臂机器人阻抗控制方法的研究,传统的主从控制方法不适宜搬运柔性物体,通过分析研究人类双臂搬运物体的动作特点,建立了一种新的双臂主从动作的阻抗控制方法。通过引入双臂间的相对误差及由相对误差产生的虚拟恢复力概念,有效地克服传统主从控制不适宜搬运柔性体的缺点。实现了冗余双臂机器人协调搬运作业要求,提高了双臂机器人的工作能力,保证了双臂机器人在协调搬运作业过程中各臂运动的平稳性,最后通过双臂协调搬运仿真,验证了该方法的可行性。